第32届中国化学奥林匹克初赛试题答案.pdf

1 第第 32 届中国化学奥林匹克 初赛 试题届中国化学奥林匹克 初赛 试题答案与解析答案与解析 第第 1 题 题 8 分 根据所给条件按照要求书写化学反应方程式 要求系数为最简整数比 分 根据所给条件按照要求书写化学反应方程式 要求系数为最简整数比 1 1 氮化硅可用作 LED 的基质材料 它可通过等离子法用 SiH4与氨气反应制得 3SiH4 4NH3 Si3N4 12H2 解析 SiH4中 Si 正价 H 负价 NH3中 N 负价 H 正价 直接配平产物为 H2和 Si3N4 1 2 将擦亮的铜片投入装有足量的浓硫酸的大试管中 微热片刻 有固体析出但无气体产生 固体为 Cu2S 和另一种白色物质的混合物 5Cu 4H2SO4 Cu2S 3CuSO4 4H2O 解析 注意题目中说无气体产生 而这个题中由于产生了 Cu2S Cu 显 1 价 失电子数为 1 2 2 S 显 2 价 得电子数为 8 说明该反应是氧化还原反应且还有 3mol Cu 变成了 Cu II 产物中 除了 Cu2S 外还有另一种白色固体析出 注意这里是析出不是沉淀 所以该白色固体是 CuSO4 我们常说的 CuSO4显蓝色指的是它的溶液和 CuSO4 5H2O 而在浓硫酸中 浓硫酸具有脱水性 所以析出的是无水 CuSO4 显白色 再进行配平 1 3 在 50oC 水溶液中 单质碲与过量 NaBH4反应制备碲氢化钠 反应过程中析出硼砂 Na2B4O5 OH 4 8H2O 2Te 4NaBH4 17H2O 2NaHTe Na2B4O5 OH 4 8H2O 14H2 解析 这个题目中 注意元素化合价的变动 首先要清楚碲氢化钠的化学式 由于 Te 是氧族 元素 所以碲氢化钠的化学式 NaHTe 类似于 NaHS 根据硼砂的化学式判断参与反应的 NaBH4 的物质的量为 4mol 所以有 16molH 1 根据得失电子数进行配平 失电子的为 H 1 得电子 的物质为 Te 单质和 H2O 中的部分 H 1 1 4 天然气的无机成因十分诱人 据称 地幔主成分之一的橄榄石与水和二氧化碳反应 可生 成甲烷 橄榄石以 Mg2SiO4和 Fe2SiO4表示 反应后变成蛇纹石 Mg3Si2O5 OH 4 和磁铁矿 18 Mg2SiO4 6 Fe2SiO4 26H2O CO2 12 Mg3Si2O5 OH 4 CH4 4Fe3O4 解析 这个题目中首先要确定磁铁矿的化学式为 Fe3O4 在 Fe3O4可以看作是 2mol Fe III 和 1 mol Fe II 所以这个反应是氧化还原反应 而在蛇纹石 Mg3Si2O5 OH 4 中 元素化合价不变 产物 除了蛇纹石和 Fe3O4外还有 CH4 在 CH4中 C 由 4 变成了 4 价 得 8 个电子 所以甲烷与 Fe3O4 的物质的量之比为 8 1 2 4 1 的倒数 即 1 4 由此进行配平 第第 2 题 题 8 分 分 2 1 195K 三氧化二磷在二氯甲烷中与臭氧反应生成 P4O18 画出 P4O18分子的结构示意图 2 解析 题目中所说的反应物只有 P2O3和 O3 根据 P2O3的结构 P 上有孤对电子 而 O3的共振 结构式为 所以反应的时候臭氧的首 尾两个氧原子可以直接与 P 相连形成 P4O18 2 2 CH2SF4是一种极性溶剂 其分子几何构型符合价层电子对互斥理论 VSEPR 模型 画出 CH2SF4的分子结构示意图 体现合理的成键及角度关系 或 解析 根据等电子体原理 CH2SF4与 SOF4互为等电子体 所以分子构型相同 S 采取 sp3d 杂 化 分子构型为双角三锥形 CH2位于平面上 且与 S 形成双键 又由于双键之间的电子云密 度大于单键间的电子云密度 所以在上下侧的 F 原子要略向右偏移 使得竖直平面上的 CSF 角度略大于 90o 且水平方向上 FSF 略小于 120o 2 3 2018 年足球世界比赛用球使用了生物基元三元乙丙橡胶 EPDM 产品 Keltan Eco EPDM 属 三元共聚物 由乙烯 丙烯 及第三单体经溶液共聚而成 2 3 1 EPDM 具有优良的耐紫外光 耐臭氧 耐腐蚀等性能 写出下列分子中不可用于不可用于制备 EPDM 的第三单体 可能多选 答案中含错误选项不得分 选选 CE 解析 C 和 E 中有共轭双键存在 由于共轭 键的反应活性较高 且易受到紫外辐射使得电子 跃迁至 轨道 所以 C 和 E 都是不耐臭氧 不耐紫外光的 2 3 2 合成高分子主要材料分为塑料 纤维和橡胶三大类 下列高分子中与 EPDM 同为橡胶的 是 F 聚乙烯 G 聚丙烯氰 H 反式聚异戊二烯 I 聚异丁烯 选选 H I 解析 对于高中基础高分子化学常识的考察 第第 3 题 题 12 分 分 为纪念门捷列夫发现元素周期表 150 周年 国际纯粹和应用化学联合会将 2019 年设为 国 际化学元素周期表年 门捷列夫预言了多种当时未知的元素 A 即为其中一种 将含元素 A 的硫化物矿在 N2气氛中 800oC 处理 分解产物中有 A 的硫化物 B 随后升温 至 825oC 并向体系中同入氨气 得到红色化合物 C C 溶于发烟硝酸得到白色沉淀 D 经过滤 洗涤 D 在 600oC 与 CoCl2反应 产物冷却后得到液体 E E 遇水生成 D 在 E 的 6 mol L 1盐 酸溶液中通入 H2S 得到沉淀 B 将 D 溶于 NaOH 溶液 用硝酸调节 H 浓度至约 0 3 mol L 1 3 加入钼酸铵溶液常温下反应产生橙黄色沉淀F F与十二钼酸结构等同 将D加入H3PO2和H3PO3 的混合溶液可得到黄绿色的亚磷酸盐沉淀 G G 在碱性溶液中转换为黄色沉淀 H H 放置时脱 水变成 I I 也可由 D 和 A 的单质在高温下反应产生 D 变为 I 失重 15 3 3 1 写出 A I 的化学式 A Ge B GeS2 C GeS D GeO2 E GeCl4 F NH4 4GeMo12O40 G GeHPO3 H Ge OH 2 I GeO 3 2 写出 B 与氨气反应生成 C 的反应方程式 3GeS2 2NH3 3GeS 3H2S N2 3 3 写出 D 在 H3PO2和 H3PO3中生成 G 的反应方程式 GeO2 H3PO2 GeHPO3 H2O 解析 这个推断题刚开始不好判断 题目破题点应该在 D 在在 600oC 与与 CoCl2反应 产物冷反应 产物冷 却后得到液体却后得到液体 E E 遇水生成遇水生成 D 由此可以判断 D 应该是 A 的氧化物 而 E 是氯化物 将 将 D 加入加入 H3PO2和和 H3PO3的混合溶液可得到黄绿色的亚磷酸盐沉淀的混合溶液可得到黄绿色的亚磷酸盐沉淀 G 可以判断 D 应该是高价的氧 化物 G 是低价的亚磷酸盐 G 在碱性溶液中转换为黄色沉淀在碱性溶液中转换为黄色沉淀 H H 放置时脱水变成放置时脱水变成 I 可以 判断 I 是 A 的低价氧化物 假设 D 为 AO2 I 为 AO 再根据 D 变为 I 失重 15 3 可以判断 A 元素为元素为 Ge 元素元素 由此可以推出 D 为为 GeO2 I 为为 GeO D 在在 600oC 与与 CoCl2反应 产物冷却反应 产物冷却 后得到液体后得到液体 E E 遇水生成遇水生成 D 可以确定 E 为为 GeCl4 将 将 D 加入加入 H3PO2和和 H3PO3的混合溶液可的混合溶液可 得到黄绿色的亚磷酸盐沉淀得到黄绿色的亚磷酸盐沉淀 G 可以判断 G 为为 GeHPO3 注意 H3PO3的结构 有个 H 是直接与 P 相连 所以 G 并不是酸式盐 G 在碱性溶液中转换为黄色沉淀在碱性溶液中转换为黄色沉淀 H H 放置时脱水放置时脱水变成变成 I 可以 判断 H 是是 Ge OH 2 I 是 GeO 将将 D 溶于溶于 NaOH 溶液 用硝酸调节溶液 用硝酸调节 H 浓度至约浓度至约 0 3 mol L 1 加 加 入钼酸铵溶液常温下反应产生橙黄色沉淀入钼酸铵溶液常温下反应产生橙黄色沉淀 F F 与十二钼酸结构等同与十二钼酸结构等同 可以判断 F 的化学式为的化学式为 NH4 4GeMo12O40 与磷钼酸铵结构类似 在在 E 的的 6 mol L 1盐酸溶液中通入盐酸溶液中通入 H2S 得到沉淀得到沉淀 B 可以判断判断 B 为为 GeS2 向向 B 中同入氨气 得到红色化合物中同入氨气 得到红色化合物 C C 溶于发烟硝酸得到白色沉淀溶于发烟硝酸得到白色沉淀 D 可以通过化学方程式配平得到 C 为为 GeS 第第 4 题 题 12 分 分 4 1 利用双离子交换膜电解法可以从含硝酸氨的工业废水中生产硝酸和氨 4 1 1 阳极室得到的是哪种物质 写出阳极半反应方程式 HNO3 2H2O 4e 4H O2 4 1 2 阴极室得到的是哪种物质 写出阴极半反应及获得相应物质的方程式 NH3 2H2O 2e H2 2OH 2OH NHNH4 4 OH OH NH NH3 3 H H2 2O O 解析 首先这个题目中要注意从含硝酸氨的工业废水中生产硝酸和氨 在这之中只是 NO3 与 H 结合形成硝酸 NH4 与 OH 结合形成氨 所以电解的其实是水 1 中 阳极失电子 所以 半反应是水失电子产生 H 和氧气 H 再于 NO3 结合形成硝酸 2 中 阴极失电子 注意这 里失电子的仍然是水而不是 H 因为 H 在阳极产生 而阳极和阴极之间隔着离子交换膜 所以 阴极仍然是水失电子产生氢气和 OH OH 再于 NH 4 结合形成氨 4 2 电解乙酸钠水溶液 在阳极收集到 X 和 Y 的混合气体 气体通过新制的澄清石灰水 X 被 完全吸收 得到白色沉淀 纯净的气体 Y 冷却到 90 23K 析出无色晶体 X 射线衍射表明 该 晶体属立方晶系 体心立方点阵 晶胞参数 a 530 4 pm Z 2 密度 0 669 g cm 3 继续冷 却 晶体转换为单斜晶体 a 422 6 pm b 562 3 pm c 584 5 pm 90 41o 4 4 2 1 写出 X 的化学式 写出 X 与石灰水反应的方程式 X 为为 CO2 CO2 Ca OH 2 CaCO3 H2O 4 2 2 通过计算推出 Y 的化学式 Y 分子中存在三次旋转轴 3 33 A A Namn MZ M M VaNaZ 3231103 1 0 6696 02 10 530 4 10 30 05 2 g cmmolcm Mg mol 所以所以 Y 的化学式为的化学式为 C2H6 4 2 3 写出点解乙酸钠水溶液时阳极板反应的方程式 2CH3COO 2e 2CO2 C2H6 4 2 4 写出单斜晶系的晶胞中 Y 分子的数目 Z 2 4 2 5 降温过程中晶体转换为对称性较低的单斜晶体 简述原因 根据根据热胀冷缩热胀冷缩 降温之后降温之后分子间分子间间距间距变小变小 分子分子不再不再是是交叉式交叉式构象构象 所以所以对称性降低对称性降低 第第 5 题 题 10 分 分 元素同位素的类型及其天然丰度不仅决定原子量的数值 也是矿物年龄分析 反应机理研究等的重要依据 5 1 已知 Cl 有两种同位素 35Cl 和37Cl 二者丰度比为 0 75 0 25 Rb 有85Rb 和87Rb 二者丰度 比为 0 72 0 28 5 1 1 写出气态中同位素组成不同的 RbCl 分子 85Rb35Cl 85Rb37Cl 87Rb35Cl 87Rb37Cl 5 1 2 这些分子有几种质量数 写出质量数 并给出其比例 3 种种 Z 120 122 124 0 75 0 72 0 25 0 72 0 75 0 28 0 25 0 28 54 39 7 5 2 年代测定是地质学的一项重要工作 Lu Hf 法是上世纪 80 年代随着等离子发射光谱 质子 谱等技术发展而建立的一种新断代法 Lu 有两种天然同位素 176Lu 和 177Lu Hf 有六种天然同 位素 176Hf 177Hf 178Hf 179Hf 180Hf 和 181Hf 176Lu 发生 衰变生成176Hf 半衰期为 3 716 1010年 177Hf 为稳定同位素且无放射性来源 地质工作者获得一块岩石样品 从该样品的 不同部位取得多个样本进行分析 其中的两组有效数据如下 样本样本 1 176Hf 与 177Hf 的比值为 0 28630 原子比 记为 176Hf 177Hf 176Lu 177Hf 为 0 42850 样本 样本 2 176Hf 177Hf 为 0 28239 176Lu 177Hf 为 0 01470 一级反应 物种含量 c 随时间 t 变化的关系式 c c0e kt或 ln 0 kt 其中 c0为起始含量 5 2 1 写出 176Lu 发生 衰变的核反应方程式 标出核电荷数和质量数 1761760 71721 LuHfe 5 2 2 计算 176Lu 衰变反应速率常数 k 由由 t1 2 3 716 1010 year 可知 可知 k ln2 t 1 865 10 11 year 1 5 2 3 计算该岩石的年龄 5 解解 设设 177Hf 的 的含量含量为为 1 则则在在样品样品 1 中中 176Hf 含量含量为为 0 28630 176Lu 含量 含量为为 0 42850 则则在在样品样品 2 中中 176Hf 含量含量为为 0 28239 176Lu 含量 含量为为 0 01470 由由 176Hf 177H t 176Hf 177Hf 0 176Lu 177Hf 0 176Lu 177Hf t 176Hf 177Hf 0 176Hf 177Hf 0 e kt 可可 知知 带入数据带入数据得得 t 5 043 108 year 5 2 4 计算该岩石生成时 176Hf 177Hf 的比值 176Hf 177Hf 0 28225 第第 6 题 题 10 分 分 将 0 0167mol I2和 0 0167mol H2置于预先抽真空的特制 1L 密闭容器中 加热 1500K 体系达到平衡 总压强为 4 56 bar 1 bar 100KPa 体系中存在如下反应关系 1 I2 g 2I g Kp1 2 00 2 I2 g H2 g 2HI g Kp2 3 HI g I g H g Kp3 8 0 10 6 4 H2 g 2H g Kp4 6 1 计算 1500K 体系中 I2 g 和 H2 g 未分解时的分压 R 8 314 J mol 1 K 1 由由 pV nRT 得 得 p nRT V 所以 所以 p I2 0 0167 8 314 1500 1L 2 08 bar p H2 0 0167 8 314 1500 1L 2 08 bar 6 2 计算 1500K 平衡体系中除 H g 之外所有物种的分压 p I2 p H2 p I p H p HI 4 56 bar p I p H p I2 p H2 p HI 2 08 2 08 4 16 bar p I 2 p I2 2 00 p I p H p HI 8 0 10 6 p I2 p I 2 p H2 p H 2 解得 解得 p I2 0 32 bar p I 0 8bar p H2 0 72bar p H 2 72 1 0 5 p HI 2 72bar 6 3 计算 Kp2 Kp2 p HI 2 p I2 p H2 2 722 0 32 0 72 32 11 6 4 计算 Kp4 若未算出 Kp2 可设 Kp2 10 0 Kp4 p H 2 p H2 2 722 72 1 0 5 2 0 72 1 03 1 0 9 为使处理过程简洁方便 计算中请务必使用如下约定符号 在平衡表达式中默认各分压 项均除以标准分压 体系 总压 I2 g 起始 分压 I2 g 平衡 分压 I g 平衡 分压 H2 g 起始 分压 H2 g 平衡 分压 H g 平衡 分压 HI g 平衡 分压 pt X0 X1 X2 y0 y1 y2 z 第第 7 题 题 10 分 分 蛋白质中的巯基可以作为配体 多种酶中存在金属 硫簇 在含硫配体的研究 中 得到一类过渡金属离子和乙二硫醇离子 SCH 2CH2S 简写为 edt2 形成的双核络离子 M2 edt 4 2 M V Mn Fe 它们尽管通式相同 但结构不同 V2 edt 4 2 中 每个钒原子周围有 6 6 个硫原子配位 通过两个 V 连线中心有三个互相垂直的 2 次轴 当金属为 Mn 或 Fe 时 M 周围有 5 个硫原子配位 形成四方锥形排布 M2 edt 4 2 离子有对称中心 7 1 画出 V2 edt 4 2 的结构 忽略氢原子 7 2 画出 M2 edt 4 2 M Mn Fe 的结构 忽略氢原子 7 3 写出 V2 edt 4 2 中钒的价电子组态 磁性测试表明 它显抗磁性 简述原因 3d2 V 与与 V 之间之间形成形成双键双键 无无成单成单电子电子 所以所以显显抗磁性抗磁性 7 4 Mn2 edt 4 2 可有 MnCl2溶液和 Na2 edt 溶液在空气中反应得到 写出反应方程式 4MnCl2 8 Na2 edt O2 2H2O 2Na2 Mn2 edt 4 8N